440T/HCFB鍋爐摻燒煤泥的實踐應用

摘 要:本文對神華煤直接液化工程配套洗煤廠產生的煤泥進行了詳細的分析，對煤泥輸送系統進行了詳細的介紹，在440T/HCFB鍋爐摻燒實踐應用，進行性能考核試驗，摻燒比例的確定、對燃燒穩定的影響、為運行提供技術指導，并為大型CFB鍋爐摻燒煤泥積累了經驗。

關鍵詞:煤泥CFB鍋爐輸送實踐應用

中圖分類號:TK22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0147-03

煤泥因其粒度細、水分高、粘度大，加之價值低、運輸不便，其綜合利用帶來較大的難度，如果長期堆存，不僅占用大量土地，而且嚴重污染環境。在國內，煤泥流化床燃燒技術未開發應用以前，煤泥大都被堆放，也有一部分作為民用，煤泥在國內外被認為是一種劣質燃料。隨著對環境要求的不斷提高，煤炭入洗比例日益加大，煤泥處理問題越來越嚴峻，已嚴重制約了煤炭洗選加工企業的正常生產和發展。對煤泥進行綜合利用成為煤炭主產區面臨的重要課題。神華煤直接液化工程第一條生產線于2008年12月31日制出合格的成品油，標志著全面掌握了煤直接液化的核心技術。設計第一條生產線產油100萬噸/年，排出油灰渣60萬噸/年，配套的洗煤廠生產洗中煤33萬噸/年，粗煤泥27～42萬噸/年，細煤泥15～30萬噸/年，為綜合利用資源，保護環境，提高經濟效益，神華集團決定為煤直接液化項目就地套建設油灰渣、洗中煤、煤泥為燃料的循環流化床鍋爐和直接空冷技術的資源綜合利用型電廠，為煤直接液化項目提供所需的蒸汽和電力，實現循環經濟戰略，既解決環保問題[2]。

1 煤泥的分析

煤泥分為兩個品種煤泥分有粗煤泥(理論粒度1.5～0.15mm)和細煤泥(理論粒度0.15～0mm)。由于洗選過程采用水力分級，精煤灰分5%計算，精煤產率81%，中煤產率5.3%，粗煤泥產率6%，細煤泥產率7.7%。每年按照200天，每天生產15小時，水洗系統小時入洗量700噸計算，每天可產粗煤泥630噸，細煤泥808.5噸。全年共產28.77萬噸。粗煤泥理論粒度1.5～0.15mm，實際粒度1.5～0mm，其中1.5～0.15mm物料所占比例約85%。細煤泥:理論粒度0.15～0mm，由于采用水力分級，實際粒度1.5～0mm，其中0.15～0mm物料所占比例約90%。根據成漿性試驗，粗煤泥樣品顆粒粗，屬于砂粒，保水性能極差，極易離析而造成堵管;細煤泥顆粒細小，黏稠，結團，保水性非常好，基本不離析，較佳含水率(30±3)%。粗、細煤泥的最佳混合比2:3的混合煤泥保水率較高，較佳含水率為33.5%～34.5%。含水率小于下限時，物料干結，濃料泵吸料困難，輸送效率低，管阻大，甚至無法輸送;含水率大于上限時，容易出現沉積析水現象，管道輸送過程中容易發生沉積堵管事故。

洗煤廠提供煤泥的化驗分析報告如表1。

2 煤泥輸送系統

2.1 MNS管道輸送系統選擇

經過廣泛的調研，煤泥輸送的四種輸送方式(投資費用與運行成本為配套滿足兩臺鍋爐運行計算的)列表匯總分析如表2，經過綜合分析選用北京中礦MNS管道煤泥輸送系統。

2.2 MNS煤泥管道輸送系統[1]

2.2.1技術性能分析

由北京中礦機電工程技術研究所研制開發的MNS煤泥管道輸送系統，可以將壓濾機下或煤泥棚中的原生煤泥通過高壓低摩阻復合管道以高壓的方式直接遠距離輸送至鍋爐內燃燒。MNS煤泥管道輸送系統的開發成功，如同煤泥循環流化床鍋爐及其相應的燃燒技術逐漸獲得成功一樣，是煤泥坑口發電技術上又一重大突破。

2.2.2 系統工藝流程介紹

從該原理圖可看出含水為(30±3)%的原煤泥經搓和機1搓和成漿被送至攪拌倉3進行保漿儲存，再經預壓螺旋4，預壓后送入NBS濃料泵5的儲料倉，由濃料泵吸入經減阻高分子復合管8、高壓換向閥7、分流換向閥9，輸送到多功能給料器10，以維持循環流化床鍋爐12長期穩定地燃燒。

實際我廠共有六臺泵送系統對應三臺鍋爐，其中兩套輸送系統對應一臺鍋爐的兩個頂部進料，同時每個儲料倉又分別對應兩臺鍋爐，保證了鍋爐與煤泥系統的靈活的切換運行方式。

2.2.3 系統關鍵技術環節

在MNS煤泥管道輸送系統中，專門為其研制了雙缸電液比例高壓柱塞式濃料泵，該泵可產生32MPa的液壓力，并以最大24MPa的管道壓力，將煤泥泵入管道。煤泥的流量依據鍋爐燃燒條件通過電液比例閥進行控制，流量大小不受輸送阻力變化的影響。這種泵送系統在國內外首次解決了高濃度煤泥的管道遠距離輸送和鍋爐長期穩定燃燒所需煤泥流量的控制問題。在煤泥管道輸送系統中，除了要解決輸送泵的技術困難外，還采用煤泥的泵入前的預處理環節、在用系統與備用系統的配流環節、一管多點供料時的分流環節、爐膛給料時的給料環節，以及高壓管道的密封與減振問題、管道內復合材料的選用(低摩阻，低摩耗)等問題。所以稱之為“系統創新”是因為在構成該系統在幾個關鍵環節上(高壓可控泵送、煤泥預先處理、物料正壓吸入、多功能給料、系統物料分配、管道密封減振、低摩阻復合管的采用)的問題的解決在國內外尚未有報道。該系統把高濃度、高阻力的煤泥以無級變量的方式，從洗煤廠安全可靠地輸送到坑口電廠低熱值循環流化床鍋爐進行長期穩定燃燒。

2.2.4 MNS煤泥管道輸送系統與傳統輸送方式特點對比

MNS煤泥管道輸送系統是北京中礦機電工程技術研究所最新研制開發的一套煤泥輸送設備，它主要是以高壓泵送的方式通過管道對煤泥等高濃物料進行輸送。此系統與傳統輸送方式相比，主要具有以下方面的特點:輸送壓力高，輸送距離遠;輸送煤泥濃度高，適合輸送含水量在20%～35%的各種煤泥;占地面積小，管路布置靈活;密閉輸送，污染小;自動控制，無人職守;配置優化，功能安全可靠;具有管路清洗功能;管路分配、分流結構獨特，自動可調;運行成本低，是一種新型、高效、節能、環保型煤泥輸送方案。

3 鍋爐接口配置

我廠配置三臺440T/h循環流化床鍋爐，高溫高壓，單汽包橫置式，單爐膛，自然循環，型號:UG—440/10—M。根據煤泥的特性和輸送系統的要求每臺爐兩個給料點，均為爐頂給料，煤泥含水率:(30±3)%，整個系統實現全自動控制，鍋爐最大煤泥摻燒比例為30％，對鍋爐輔機和除塵系統進行校核，基本無影響。主要接口采用兩位式液壓系統控制鍋爐頂部的閥位，通過煤泥團的自重，煤泥進入爐膛。同時引用鍋爐二次冷風為進料系統的冷卻風。

4 細煤泥的摻燒情況

4.1 輸送系統的運行情況

通過2010年進行性能考核，全部采用細煤泥進行。單臺泵按照80%出力(額定出力20t/h)16t/h，單側進入鍋爐，輸送系統動力包油溫35℃，A、B主缸壓力6Mpa，擺缸壓力14Mpa，真空0.02Mpa。運行參數正常，達到了輸送系統的設計要求。

4.2 鍋爐運行情況

以#3泵送煤泥由#1爐右側進入爐膛，根據設計院提供的數據，進入爐膛的煤泥不應大于入爐煤的30%，在煤泥泵送前后，鍋爐負荷保持穩定，通過增加煤泥摻燒比例，給煤量進行了相應的減少，盡量達到此次考核的目的。下面是煤泥摻燒不同比例參數見表3，鍋爐參數變化見圖2。

通過對參數的對比我們可以看出，在鍋爐負荷變化不大的情況下，通過對給煤量的調整能過維持鍋爐的正常燃燒，床溫、料層差壓都能保證在鍋爐規定的范圍內，但是也有很多的參數發生了較大的變化。

(1)入爐煤量的變化:在煤泥摻燒前鍋爐的給煤量為48t/h，此時鍋爐的運行參數都在規定的范圍內，當煤泥摻燒后，煤泥量為8t/h時，鍋爐的給煤量為45t/h，當煤泥量為12t/h鍋爐的入爐煤量為40t/h，當煤泥量達到額定負荷的80%即16t/h時，鍋爐的入爐煤量為37t/h，通過對數據的對比折算，大概1.4～1.5t煤泥可以相當1噸原煤的燃燒量，當煤泥量不超過入爐煤的30%時，鍋爐的燃燒可以在規定的參數下進行調整。

(2)鍋爐氧量的變化:#3泵送煤泥通過#1爐右側頂部進入爐膛。在煤泥沒有進入爐膛時，我們通過對燃燒的調整將鍋爐右側的氧量適當的保持高些，但隨著煤泥量的變化，鍋爐氧量也發生了變化，鍋爐右側的氧量降低1.1%，左側的氧量增加了2.6%，由于氧量變化較大，為保證鍋爐燃燒正常，運行人員也采取了相應的措施，通過降低右側兩臺給煤機的出力，增大左側給煤機的出力，在煤泥量達到16t/h時，左右兩側給煤機的出力最大相差10t/h左右，但氧量的偏差還是很大。

(3)蒸汽溫度和減溫水亮的變化:低過出口左右側溫度差別很大，左側溫度變化了4℃，右側的溫度隨著煤泥量的增加達到了21℃，減溫水流量增加了4t/h，主要原因是由于單側進入煤泥量比較大，在進入鍋爐參與燃燒的同時，有可能是煤泥中水分瞬間蒸發析出，隨著煙氣一并進入尾部煙道，在進入煙道后由于壓力的逐漸降低，導致蒸汽在尾部煙道受熱面上凝結放熱，導致蒸汽的溫度升高，減溫水流量增大。

(4)爐膛出口負壓的變化:在煤泥泵送的過程中，煤泥沒有進入爐膛之間，爐膛出口的負壓也會變正，主要是因為煤泥管道在清洗的過程中有積水的現象，在泵送的過程中煤泥先將管道的積水打入鍋爐。在煤泥進入爐膛下落過程中，爐膛出口的負壓也會有較大的變化，此時應加強燃燒調整，并通過調整引風機的出力將負壓維持在正常的范圍內。

(5)風量的變化:在煤泥系統運行期間為了直觀的看到參數的變化，鍋爐在調整上盡量保證鍋爐的負荷不發生大的變化，但當單側煤泥運行時，鍋爐一側進入煤泥，使對應側的氧量變化很大，通過給煤機調整氧量也不能維持正常的燃燒要求，所以風量也做了少量的調整，一次風維持不變，但二次風比正常運行時增加了20000Nm3/h左右。

(6)爐膛出口煙氣溫度的變化，通過參數的對比我們可以看到，煤泥進入側，爐膛出口煙氣溫度有所提高，主要是因為煤泥在進入爐膛下落的過程中就參與了燃燒，致使煤泥進入側的火焰中心上移，在同樣的攜帶速度下，使煤泥進入側的溫度有所升高。

(7)鍋爐排渣量有所降低，SO2、NOX和排煙濃度基本維持正常。

通過以上可知，在鍋爐蒸發量維持不變的情況下，鍋爐燃燒穩定，隨著摻燒細煤泥量的的增加，鍋爐的料層差壓基本穩定，由于燃燒中心的上移，摻燒煤泥側床溫、爐膛出口負壓、爐膛出口溫度、蒸汽溫度、低溫過熱器出口蒸汽溫度、排煙溫度、都逐步升高，減溫水量增大，摻入側煙氣含氧量逐步減小，未摻入側逐步增大，主要是給料不均引起，兩側同時進料可以解決。

5 鍋爐摻燒混合煤泥情況

在摻燒細煤泥運行正常后，進行了粗細比為2∶3的混合煤泥摻燒實驗，在輸送系統中保持8t/h，系統運行正常，但中斷3h后，清洗失敗，管道嚴重堵塞，疏通相當困難，輸送成為摻燒的瓶頸。在鍋爐燃燒的參數上和摻燒細煤泥的變化基本一致，由于摻燒混合煤泥發熱量增大，給煤機給煤量降低略多，其他參數正常。

6 存在問題及措施

6.1 粗細煤泥分離

粗煤泥不適合用管道輸送系統輸送，在設計時要進行分離，粗煤泥可以摻到洗中煤當中或者單獨設計皮帶輸送到煤倉中，以摻燒細煤泥為主。由于洗煤廠設計時與我廠不配套，粗細煤泥輸送不能分開，采用增加粗煤泥皮帶單獨輸送。

6.2 細煤泥緩沖

洗選中心生產是兩班制運行，單位小時內煤泥生產量大，超出煤泥輸送管道小時輸送能力和鍋爐接受煤泥能力，新建煤泥棚可以存儲洗煤廠來的落地煤泥，也可利用外來泥。新建刮板棧橋連通原有煤泥泵房分配板。工藝流程:落地煤泥(外來煤泥)→煤泥棚→裝載機→刮板機(含棧橋)→配倉刮板機→煤泥泵房→煤泥泵→管道→鍋爐。坑口電廠鍋爐在可以在洗煤廠設置細煤泥緩沖池，再通過輸送系統，直接送到鍋爐頂部。

6.3 兩側同時摻燒

鍋爐摻燒煤泥量達到了單臺泵出力的80%，鍋爐30%燃料的設計能力，還未進行兩側同時進煤泥，鍋爐兩側的參數有偏差，連續運行時必須從鍋爐頂部兩側同時進入煤泥，減小兩側偏差，以便于鍋爐燃燒調整，保持燃燒穩定。隨著不斷的試驗，還可以進一步加大摻燒比例，創造更大的效益。

6.4 管道伴熱

煤泥輸送系統管道采用了蒸汽伴熱，溫度過高，管道的內襯發生了脫落，建議在北方要采用合理的伴熱系統，最好采用熱水伴熱，溫度控制在70℃以下。

7 結語

(1)大型循環流化床鍋爐摻燒煤泥是可行的，可以節約大量的原煤或洗中煤。

(2)MNS煤泥管道輸送系統技術先進，系統運行穩定，對于輸送細煤泥是可行的，為輸送煤泥類的其他物料提供了依據。

(3)在440T/HCFB鍋爐摻燒實踐應用，摻燒比例的確定、對燃燒穩定的影響、為運行提供技術指導，并為大型CFB鍋爐摻燒煤泥積累了經驗。

參考文獻

[1]粘稠物料管道輸送系統使用維護說明書.北京中礦環保科技股份有限公司，2008年.

[2]神東電力煤制油細煤泥方案設計可行性研究報告.北京國電華北電力工程有限公司，2006年7月.